单片机原理与应用 第五章.PLC工业通讯网络

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1、课程课程可编程控制技术班级班级电气工程自动化学期学期5课时课时2h累计课时累计课时58h教师教师上课日期上课日期课程类型课程类型理论，实验。第五章第五章PLCPLC 工业通讯网络工业通讯网络课程名称课程名称 （章、节）（章、节）5.1 网络的概念。OSI 参考模型（Open System Interconnection） 。 5.2 多点接口（MPI）教学目的教学目的 要要 求求了解 OSI 参考模型 掌握多点接口（MPI）通讯方式及设计教学重点教学重点多点接口（MPI）全局数据设置教学难点教学难点程序。组态及全局数据综合主要教具主要教具 设备材料设备材料多媒体教室、计算机投影、PLC 实训室

2、 可编程控制器 S7-300/400，编程器/STEP7 软件， MPI 网络课后记课后记1应适当提供下厂观摩课，加强学员对 S7 网络认识； 2可以尝试项目教学法，让学员独立完成一个项目。教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注5.15.1 网络基本概念。网络基本概念。OSIOSI 参考模型参考模型5.1.15.1.1 网络的概念网络的概念通过线路互联起来的，自治的终端设备集合。 将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属 设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源 共享的系统。 网络按网络拓扑划分 总线型，星型，.环型，网状， 树状， 星环型，

3、拓扑。5.1.25.1.2 网络的发展过程网络的发展过程1具有通信功能的单机系统。该系统称为终端，是早期计算机网络的主 要形式，它是将一台计算机通信线路与若干个终端直接相连 2具有通信功能的多机系统。在简单的“终端通信线路计算机” 这样的单机系统中，主计算机负担较重，既要进行数据处理，又要承担通信 功能。 3以共享资源为主要目的的计算机网络。既利用通信线路将多台终端设 备连接起来，实现设备与设备之间的通信。 4局域网络及其互连为主要支撑环境的分布式计算阶段。局域网是继远 程网之后发展起来的小型终端设备网络，它继承了远程网的分组交换技术和 计算机的 I/O 总线结构技术。并具有结构简单、经济实用

4、、功能强大、方便 灵活等特点。是随着微型计算机的广泛应用而发展起来的。5.1.35.1.3 通信方式通信方式单工通信（simplex） ， 半双工通信（Half-duplex） 全双工通信（Full-duplex）幻灯片 S7-300/400 网络结构 网络划分教学课件 网络的发展过程 局域网教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注5.1.45.1.4 OSI 参考模型参考模型标准意义的网络结构： OSI 参考模型（Open System Interconnection）,物理层：提供建立，维护和拆除物理链路所需的机械，电气，功能和规 程特性。 数据链路层：在网络层实体间提供数据传输功能和控

5、制，提供数据的流 量控制，检测和纠正物理链路产生的差错。 网络层：提供路由选择，拥塞控制，网络互连等功能。根据传输层的要 求，选择服务质量，向传输层指示未恢复的差错。 传输层：提供建立，维护和拆除传输连接的功能。监控服务质量，提供 可靠的透明数据传输，差错控制和流量控制。 会话层：提供两个进程之间建立，维护和结束会话连接的功能。提供会 话流量控制和交叉会话。 表示层：提供不同信息格式和编码之间的转换。提供数据表示，数据压 缩和数据加密功能。 应用层：提供网络服务，例如数据库管理系统，电子邮件系统，文件传 输程序，网络管理程序等。5.1.55.1.5 RS232C 与与 RS485 标准标准1R

6、S232C 规范：RS232C 的机械规范定义的是 25 针插头，RS 232C 的电气规范是用低于“3V”的负电压表示逻辑“1” ，高于“+3V” 的正电压表示逻辑“0” 数据传输率最高允许 20kbps。 2，RS485 标准 RS-485 串行接口用最少的信号连线来完成通信任务 已经在几乎所有新装置或仪表中出现 RS-485 实际上是 RS-422A 的简化变型，RS-485 仅支持半双工通信，分时使用一对信号线发送或接收幻灯片 S7-300/400 OSI 参考模型RS-485 RS- 422A 教学课件教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注5.2 多点接口（多点接口（MPI）S7

7、300S7400 可以通过 MPI 接口组成 PLC 网络，MPI 网采用全局数据(Globe Data)通信模式，可在 PLC 之间进行少量数据交换。它不需要 额外的硬件和软件，成本低，用法简。 MPI 网用于连接多个不同的 CPU 或设备MPI 符合 RS485 标准，具 有多点通信的性质MPI 的波特率设定为 1875kbps5.2.1 多点接口（多点接口（MPI）网络组态）网络组态5.2.2 多点接口（多点接口（MPI）全局数据设置）全局数据设置GD 通信的数据结构 GD 通信应用 1建立 MPI 站 1 的硬件组态 2设置 MPI 站 1 的站地址 3建立 MPI 站 2 的硬件组态

8、，打开组态界面的 CPU 特性，设置 MPI 站 2 的站地址 4点击 Configure Network 进入配置网络界面 5打开全局数据表 Options/Define Global Date 6生成并装载全局数据，实现 CPU 到 CPU 通讯发送/接收数据规则：1 个 MPI 站的发送数据可以发送到多个 MPI 站， 1 个 MPI 站的接收数据只能接收 1 个 MPI 站的发送数据。 SIMATIC S7300（1）站和 SIMATIC S7300（2）站的控制程序幻灯片 STEP7 软件 MPI 接口 全局数据 西门子网站GD 通信的数据 结构及应用教学模型 教学课件 发送/接收数

9、据 规则课程课程可编程控制技术班级班级电气工程自动化学期学期5课时课时2h累计课时累计课时60h教师教师上课日期上课日期课程类型课程类型理论，实验。第五章第五章PLCPLC 工业通讯网络工业通讯网络课程名称课程名称 （章、节）（章、节）5.3 工业现场总线（PROFIBUS） 5.4 工业以太网（Industrial Ethernet）教学目的教学目的 要要 求求了解三种 PROFIBUS 系统的区别 熟悉 ET 200 系列产品 掌握带 DP 口的 PROFIBUS 系统的组成 了解工业以太网（Industrial Ethernet）的结构教学重点教学重点ET 200 系列产品 带 DP 口

10、的 PROFIBUS 系统教学难点教学难点DP-SEND（发送块）和 DP-RECV（接收块）主要教具主要教具 设备材料设备材料多媒体教室、计算机投影、PLC 实训室 可编程控制器 S7-300/400，编程器/STEP7 软件， PROFIBUS DP 站。工业以太网（Industrial Ethernet）课后记课后记1定场景来锻炼学员的网络意识。 2可以尝试项目教学法，让学员独立完成一个项目。 3在今后的教学中应在加强 PROFIBUS DP 站的内容。教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注5.3 工业现场总线（工业现场总线（PROFIBUS）5.3.1 PROFIBUS 协议协议P

11、ROFIBUS 协议的三个主要部分：协议的三个主要部分： PROFIBUS DP（Distributed I/Os）：在主站和从站之间采用轮循的通 讯方式，主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级通信。 PROFIBUS PA(Process Automation)：电源和通信数据通过总线并行传 输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。 PROFIBUS FMS(Fieldbus Message Specification)：定义主站和主站之间 的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。 PROFIBUS 网络由主站，从站，网络部件等构成：网络由主站，从站，网

12、络部件等构成： 主站也被称做主动节点。包括 SIMATIC PLC，SIMATICWinAC 控制器， 支持主站功能的通讯处理器，IEPB 链路模块以及 ET200SET200X 的主 站模块 典型的从站为传感器，执行器以及变频器。从站不会拥有总线访问的授 权。 PROFIBUS 的传输速度为 9.6/19.2/93.75/187.5/500/1500Kbits 以及 3/6/12Mbits。 最大节点数 127(地址 0-126)。 ET 200 系列产品包括：系列产品包括： 可直接安装在恶劣工业环境中的 IP6567 防护等级的输入输出模块 (ET 200ecoET 200XET200R

13、可安装在危险区和 2 区的本安输入输出的 DP 从站(ET 200iS) 适用于安装在控制室或控制柜中的 IP20 防护等级的高性能输入输出 从站(ET 200S) 适用于安装在控制室或控制柜中的 IP20 防护等级的普通的输入懒出从 站(ET 200MET 200LET 200B： 其它：分布式智能气动系统功能模块、电机驱动器、变频器、安全技术 等一系列已集成在 ET 200 内的功能。幻灯片 STEP7 软件 PROFIBUS 协议 西门子网站主站，从站，网 络部件ET 200 系列教学模型 教学课件 课堂练习教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注5.3.2 PROFIBUS DP 系

14、统组态系统组态PROFIBUS DP 系统组态可分为带 DP 口的主站系统，采用通讯模板 CP 的主站系统以及带智能从站的 DP 系统。三种 DP 系统中带 DP 口的主站系 统，采用通讯模板 CP 的主站系统在硬件组态时基本相同。1. PROFIBUS DP 系统之一：带 DP 口的主/从系统 带 DP 口的主/从系统设计十分灵活，它允许用 CPU 中不同的数据区域 来储存 DP 过程数据。对数据区域的选择取决于 CPU 的类型和应用。过程映 像区，位存储器以及数据块都可用于 DP 输入，输出数据。 过程映像是标准的数据分配。在 CPU 的过程映像中须有充分的空间为 DP 保留一个连续的输入

15、区域和一个连续的输出区域。这可能受中央配置中 过程映像大小和信号模块数量的限制。 位存储器与过程映像相同，这个区域适合于 DP 信号的全局存储。例如， 如果过程映像可利用的空间(没有被中央信号模块占据的空间)不够用，则可 以使用位存储区。 数据块也可以用来存储 DP 信号。最好在有关的 DP 数据区只被一个程 序调用时使用这种存储。 建立 S7-300 PLC 主站的硬件组态（带 DP 口）：双击“X2/DP”栏 或“CP342-5”栏，在对话框内选中“DP-Master”在 PROFIBUS 总线上添加 ET-200 从站：主站/从站的 I/O 地址不能重复，它是由系统软件分配的。如果用户需

16、要 对地址进行修改，可以通过模板特性对话框重新设置。幻灯片 STEP7 软件 三种 DP 系统 西门子网站教学模型 教学课件 项目设计 课堂练习教教 案案教教 学学 内内 容容备备 注注2PROFIBUS DP 系统之二：带通讯模板 CP 的主站系统。 采用通讯模板 CP 的主站/从站系统，则主站/从站的 I/O 地址可以重复， 因为此时的 PLC 系统相当于两个 CPU。用户可以通过模板特性对话框任意 设置 I/O 地址，只是主站或从站内的 I/O 地址不能重复。 当配置 CP 时，必须设定操作模式。 （Operating Mode） CP342-5 DP 总是需要 DP-SEND 和 DP-RECV。这些组块通过底板总线 在 CPU 和 CP 之间转移数据 CP342-5 的数据总是连续地传输。主站最大数据长度是 240 字节，从站 最大数据长度是 86 字节。 DP-SEND（发送）将 CPU 中的指定的 DP